Quel lien entre espace, temps, matière, lumière et vide quantique ?

Quel lien entre espace, temps, matière, lumière et vide quantique ?

On a longtemps cru que la masse était une caractéristique fondamentale de la matière.

Mais on constate que la masse n’est pas constante et qu’elle n’est qu’une propriété qui saute d’une particule à une autre, d’une particule virtuelle du vide à l’autre.

Qu’est-ce qui est fondamental et ne change pas ?

La charge !

Voici ce qu’en dit le physicien quantique Mark Silverman dans "And Yet it moves" (et pourtant elle bouge)

"La conservation de la charge électrique est l’une des lois de conservation les plus strictement observée. A ma connaissance, aucune violation de cette loi n’a été observée. (...) La conservation de la charge est un phénomène local."
Quel lien ?

On pourrait se contenter valablement de répondre : on ne sait pas. Et ce serait vrai. Mais on doit également reconnaître que les réflexions de la science ont avancé dans ce domaine et porter à la connaissance de tout le monde les réflexions que l’on peut faire, c’est cela qui permet de philosopher sur la nature…

Quelles idées sont déterminantes sur la question posée ?

Nous estimons que ce sont les idées dialectiques d’ordre issu du désordre, de rupture de symétrie (ou symétrie brisée), de réel-virtuel et de virtuel-réel et de couplage matière-antimatière.

Que veut-on dire par là ?

Que le fondement d’un monde est dans ses contradictions et dans la lutte entre ses opposés menant à une rupture où l’un l’emporte finalement.

Lorsque l’on vit dans un monde où une rupture de symétrie a été opérée, on ne voit plus qu’un seul côté des choses qui autrefois s’opposaient. Du coup, on a du mal à comprendre d’où elle sont issues.

Ainsi, le monde matériel semble dirigé par des caractéristiques positives : énergie positive de la matière, écoulement positif du temps, distances positives d’espace et quantités positives des masses. Connaissons-nous des espaces, des temps, des masses, des énergies négatives à notre échelle dite macroscopique ? Non.

C’est un effort intellectuel important d’imaginer que notre univers aurait une base fondée sur une contradiction dans laquelle cette positivité ne serait pas à la racine des choses…

Mais la physique a été contrainte d’aller dans ce sens car elle a échoué à construire une interprétation de la réalité fondée sur le déplacement de masses dans l’espace et le temps. Elle a été contrainte de fonder, au contraire, ces quantités positives sur un univers dans lequel le positif et le négatif se contredisaient et se répondaient sans cesse : le vide quantique.

On a longtemps cru trouver le fondement dans la particule de masse du type électron ou proton caractérisée par une masse au repos fixe et positive.

Mais la quantité fondamentale de la matière ne s’est pas trouvée être la masse, le temps, l’espace ou l’énergie positive mais la charge de la particule.

Dialectiquement, ce n’est pas étonnant que le fondement vienne d’un domaine où deux contraires sont face à face et se combattent sans cesse : charge positive et négative. Dialectiquement, il n’est pas étonnant qu’un monde où un des pôles s’impose soit issu d’un autre où les deux se contestent sans cesse la primauté. Que l’ordre de la matière soit fondée par le désordre des interactions. Que la matière soit fondée sur le vide. Et que le vide soit, en un certain sens, matériel.

D’autre part, il y a bien des raisons de fonder la réalité sur la charge plutôt que sur les autres quantités précédemment citées. C’est que leur constance n’est pas vérifiée. La masse se modifie du fait du mouvement, l’espace et le temps aussi sont modifiés par la présence ou non des masses. De l’énergie peut apparaître et disparaître. Par contre, la quantité de charge est constante et localement définie. Aucune expérience n’a souligné une rupture dans cette loi de conservation de la charge.

Elle est vérifiée dans le vide comme dans la matière, et à toutes les échelles.

Voilà quelques première raisons d’en faire le fondement qui relie matière, lumière, vide, espace, temps.

Commençons par le vide.

On sait que la question que nous posons ici est du domaine de la physique quantique relativiste. Cela signifie que le vide est plein de particules et d’antiparticules fugitives dont le temps d’existence est trop bref pour être directement perçues par une expérience fondée à notre échelle, macroscopique. Cependant ces particules existent bel et bien. Ce ne sont pas des artifices de calcul. On ne voit pas le virtuel mais on ne voit pas non plus l’atome et encore moins, si l’on peut dire, les quanta d’action. Mais ils existent. Ce que l’on voit est surtout une illusion d’optique…

Or, dans le vide quantique, nous sommes amenés par les expériences à conclure qu’on trouve des couples de particule et d’antiparticule, c’est-à-dire des quantités de charge égales et opposées sans cesse couplées. Ces couples apparaissent et disparaissent ensemble. Pas de particule qui apparaisse sans son anti-particule. Ils définissent des temps qui sont des grains égaux et opposés. Le temps n’apparaît pas, dans le vide, comme un écoulement continu positif – celui que l’on appelle « la flèche du temps- mais comme des quanta à la fois positifs et négatifs désordonnés parce qu’ils apparaissent et disparaissent. Du coup, d’où va venir le monde matériel que nous connaissons, avec ses masses positives, ses énergies positives, ses espaces et écoulements de temps, toujours positifs, avec son ordre ? Eh bien, il n’est pas à l’origine du monde ! C’est le désordre de l’opposition du positif et du négatif qui l’a fait émerger… C’est le vide qui oppose sans cesse les contraires du virtuel – les couples particule et antiparticule – qui va produire et reproduire la matière, l’espace, le temps, l’énergie. Ce sont des éléments virtuels qui fondent le réel. Les couples virtuels fondent des photons ou particules d’interaction. La particule dite réelle est entourée par un nuage de particules et d’antiparticules virtuelle en pleine agitation fondée sur les interactions de charges positives et négatives de ces couples. Elles lui donnent sa position : qui saute sans cesse d’une particule à une autre du nuage de polarisation. Elles lui déterminent la direction de son mouvement et ce que l’on appelle la vitesse (à ne pas concevoir comme mouvement cinématique) en définissant des distances par des photons et des temps par des photons virtuels.

Mark Silverman dans « And yet it moves » (Et pourtant il bouge) :

« Does an atomic electron move ? How would one know ? Would an anti-atom fall upward ? Is the vacuum really empty ? (...) Can a particle be influenced by an electric or magnetic field that isn’t there – that is, through which it does not pass ? How is it possible for randomly emitted particles to arrive preferentially in pairs at a detector – or, conversely, to avoid one another altogether ? Could watching atoms emit light in London have an effect on the corresponding radiative decay in New York ? Does a “right-handed” light beam interact differentlywith matter than a “left-handed” light beam ? How can light get brighter by rebounding from a surface (without violating the conservation of energy) ? Is a basketball changed for having been turned 360° ? Perhaps not, but what about an electron ? Could one tell the difference between an electron that has never jumped out of a quantum state and then back again and an electron that has never jumped at all ? Is there really such a thing as a “Maxwell demon” ? No ? – then how is one to account for a simple hollow tube that blows hot air out one end and cold air out the other ? »

« Est-ce que l’électron est en mouvement ? Comment le savoir ? Est-ce qu’un anti-atome tombe vers le haut ? Est-ce que le vide est réellement vide ? (…) Une particule peut-elle être influencée par un champ électrique ou magnétique – qui n’est pas présent – c’est-à-dire qu’elle ne traverse pas ? Comment est-il possible que des particules émises aléatoirement arrivent préférentiellement par pairs sur un détecteur – ou, au contraire, parviennent à s’éviter ? Se peut-il qu’en observant de la lumière à Londres, cela ait un effet sur la radiation correspondante à New York ? Est-ce que le rayonnement polarisé à gauche interagit différemment sur la matière que le rayonnement polarisé à droite ? Comment la lumière peut-elle être plus brillante en rebondissant sur une surface (sans violation de la loi de conservation de l’énergie) ? Est-ce qu’une balle de basket change en tournant de 360° ? Probablement que non, mais que dire de l’électron ? Quelqu’un peut-il nous dire la différence entre un électron qui a subi un saut quantique avant de revenir à son état d’origine et celui qui n’a pas subi un tel saut quantique ? Y a-t-il réellement quelque chose comme un « démon de Maxwell » ? Non ? – alors comment expliquer qu’un tube puisse souffler d’un côté de l’air chaud et de l’autre de l’air froid. »

Que signifie le phénomène des deux fentes de Young, cette fameuse expérience fondatrice de la physique quantique et qui a particulièrement justifié la notion de dualité onde/corpuscule ? Supposons que du sable coule par un trou dans une plaque et s’entasse en dessous, que trouvera-t-on ? Un petit tas et de moins en moins de sable quand on s’éloigne de la verticale du trou. Et si le sable passe par deux trous ? Eh bien, il s’il y a deux trous, il y aura deux petits tas. S’il ne s’agit pas de sable mais d’électrons ou d’autres particules de matière ou de lumière, il n’en va pas du tout de même. Au lieu de deux tas, il y en a toute une série de tas séparés par des zones où aucune particule n’est arrivée. Cela forme des bandes successives pleines suivies de bandes vides, d’où des figures appelées franges d’interférence. On a d’abord pensé que les électrons (ou les particules émises) interféraient entre eux. Mais on a effectué l’expérience en envoyant les électrons (ou d’autres particules) un par un. Or, les particules qui arrivent sur l’écran une par une construisent progressivement les mêmes figures d’interférence. Les scientifiques ont été amenés à en déduire que chaque particule interfère avec elle-même, comme si elle était passée à la fois par les deux trous… C’est difficile (voire impossible) pour un corpuscule comme l’électron ou le photon … Les diverses expériences du type de Young ont amené les scientifiques à rejeter successivement toutes les interprétations sur la particule, qu’elles soient de type corpusculaire (comme des corpuscules ponctuels et localisés) ou ondulatoire (comme des objets non localisés produisant des interférences). Cela signifie qu’il faut aller plus loin dans la remise en question des idées reçues sur la matière et … le vide.

Tout d’abord, il est clair que quelque chose passe à la fois par les deux trous quand le corpuscule, lui, ne passe que par un seul : le vide. Mais ce vide est-il si vide ? Non, il est plein de particules et antiparticules virtuelles (fugitives qui ne durent que des temps très brefs).

Qu’entend-on par brefs ? Cela dépend de l’énergie qu’ils portent. Des paires électron - positron peuvent exister, de l’ordre de six fois dix puissance moins 22 seconde. Par contre, des photons virtuels peuvent très bien avoir une durée de vie relativement grande pourvu que leur énergie (leur fréquence) soit très faible.

Et ces particules (et antiparticules) entourent le corpuscule d’un nuage. Elles guident son déplacement. Mais ce n’est pas aussi simple, en fait, qu’un déplacement, c’est-à-dire un mouvement d’un objet qui change seulement de place mais reste la même. Mais d’abord qu’est-ce que le vide ? C’est le milieu le plus symétrique de la nature. Dans ce milieu, dès qu’apparaît une particule, une antiparticule apparaît avec elle et elles restent couplées. Leurs caractéristiques sont égales et opposées et elles disparaissent en même temps dans un intervalle trop court pour être mesuré à notre échelle, celle de la matière dite durable. Il y a effectivement plusieurs niveaux de la matière qui se différencient par bien d’autres choses que la durée. Il y a le niveau des relations interstellaires. Il y a celui de la matière que nous examinons tous les jours, appelé le niveau macroscopique. Il y a encore le niveau de l’électron par exemple appelé niveau microscopique ou quantique. Il y a enfin le (ou les) niveau du vide….

Et, à chaque niveau qui est en interaction avec les autres, il y a des lois différentes. Par exemple, on ne constate pas, au niveau interstellaire, les mêmes lois de la matière, ce qui explique que, pour expliquer les galaxies et les amas de galaxies, on soit à la recherche de « matière noire » et d’ »énergie noire » ou encore que l’on observe à ce niveau l’existence de « trous noirs » que nous ne constatons jamais à notre échelle. La physique quantique a découvert, elle, le saut entre la physique de la matière à notre échelle (dite macroscopique) et celle des particules (échelle dite microscopique). Par exemple, si on essaie de suivre un électron, on constate qu’il ne suit pas une trajectoire, une courbe continue, contrairement à un objet comme une balle. On constate également d’autres sauts dits quantiques entre les états, sans passage par des états intermédiaires, ce auquel nous ne sommes pas habitués à notre échelle. Au niveau du vide quantique, il y a également des lois qui diffèrent. Le temps y est désordonné. Les particules ne sont pas durables. La conservation de l’énergie n’est plus vérifiée, comme, au niveau microscopique les lois de la matière ne permettent plus de définir une position et une vitesse. Le vide est, lui aussi, fondé sur des quanta. Au niveau macroscopique, on pouvait penser que la matière était fondée sur une organisation des masses (un objet étant une somme de molécules, une molécule une somme d’atomes et un atome étant constitué par l’addition de particules de masses fixes : neutrons, protons et électrons). La loi semblait celle de la conservation de la masse. Au niveau microscopique, on constate que les masses peuvent se transformer en énergie et inversement. La loi semble celle de la conservation de l’énergie. Au niveau du vide quantique, la loi n’est plus celle de la conservation de l’énergie puisque de l’énergie en grande quantité peut sans cesse apparaître et disparaître. Le temps du vide existe aussi dans les deux sens (un quanta de temps dans un sens pour la particule et un, égal et opposé, dans l’autre sens pour l’antiparticule, alors que le temps semblait s’écouler dans un seul sens au niveau macroscopique et dans aucun sens au niveau microscopique.

L’unité du monde semble bel et bien compromise. Mais, en fait, chaque niveau, est sans cesse en interaction avec les autres et les uns ont émergé des autres. Chaque niveau agit comme un contraire dialectique d’un autre, ce qui n’est nullement inattendu en physique. La matière manifeste, en effet, de nombreux effets de dualité des contraires inséparables. Mis à part le plus fameux de la physique quantique, la dualité onde/particule, celle entre matière et lumière, entre particule et antiparticule, il y a encore celle entre effet électrique et magnétique, ou encore, dans le domaine de l’optique la dualité réfraction/réflexion. Nous en venons donc à la dualité entre matière durable et fugitive, encore des contraires qui existent dans des situations où ils sont inséparables et interpénétrés. Une particule dite réelle (c’est-à-dire durable) ne peut exister que si elle est entourée de particules et antiparticules virtuelles (le nuage de polarisation) qui lui servent à s’orienter dans l’espace-temps (elles sont plus exactement son espace-temps) et elles-mêmes sont en relation avec le vide qui entoure le nuage. La particule n’est pas seulement le corpuscule mais aussi toutes ces couches en oignon successivement chargées positivement et négativement. Le caractère organisé de la matière commence dans le nuage de polarisation alors que le vide est désordonné (donc symétrique). Mais un des points essentiels à souligner c’est que la particule reçoit ainsi sans cesse de l’énergie du vide.

D’autre part, on a remarqué qu’elle n’est pas un objet mais une structure émergente. La particule réelle n’est pas toujours la même. Elle est une propriété qui saute d’une particule virtuelle à une autre, la rendant ainsi réelle provisoirement.
Structure émergente qui se conserve grâce à un apport permanent d’énergie extérieure, la particule de matière comme l’électron, le muon ou le quark, est une structure dissipative au sens de Prigogine. Ordre issu du désordre du vide, ka matière est un chaos déterministe.

Comment sont fondés ces différents niveaux de la matière et de l’univers : interstellaire, macroscopique, microscopique et les différents niveaux du vide ?

La réponse réside dans le niveau de relation entre énergie et temps. On se souvient qu’une telle relation définit un quanta égale à une énergie fois un temps. Qu’est-ce qui fonde la différence une particule dite réelle par rapport à une particule dite virtuelle (ayant un court temps d’existence) ? C’est la quantité d’énergie reçue par rapport au temps de cette réception. Si cette quantité est suffisante, alors la particule virtuelle devient réelle. Il n’y a donc pas d’opposition ou de différence de nature fondamentale entre les deux. Le virtuel peut devenir réel et le réel peut devenir virtuel. Les niveaux macroscopique, microscopique et vide sont séparés par la valeur du produit énergie et temps comparé à la constante de Planck. Dans le macroscopique, le produit énergie et temps est très inférieur à cette constante h. C’est ce que l’on appelle les inégalités d’Heisenberg. Il ne s’agit pas d’une incertitude du réel mais d’une loi fondant un niveau hiérarchique de la nature.

Si le produit d’une énergie et d’un temps est inférieur à un quanta h de Planck, on est au niveau virtuel. C’est un domaine où on peut accéder à une très grande énergie à condition que ce soit dans un temps très court, dit virtuel. Si ce produit est un petit nombre de quanta h de Planck, on est au niveau microscopique. Si c’est un grand nombre par rapport à la constante h de Planck, on est au niveau macroscopique. Mais, comme on l’a dit, ces domaines ne sont pas indépendants et séparés. Au contraire, le réel n’existe qu’entouré de virtuel en interaction constante avec le vide qui l’entoure.

Quant au niveau interstellaire, il interagit aussi de manière fondamentale. En effet, c’est aux limites des bulles géantes du vide interstellaire que naît la matière, de la pression entre deux bulles de vide en expansion. L’expansion n’est pas une propriété qui a trait à l’univers comme un tout. Elle concerne chaque bulle. Les différents niveaux de la matière interagissent ainsi sans cesse.

Mais revenons d’abord aux relations du virtuel et du réel. Car c’est bel et bien le vide (le fugitif dit virtuel) qui fonde la matière (le durable dit réel). Le nuage de polarisation qui entoure l’électron est constitué d’éléments d’un monde inférieur, celui issu du vide qui est le monde des particules virtuelles caractérisées par deux propriétés liées entre elles : pas de masse et pas d’espace-temps tel que nous le connaissons à notre échelle macroscopique ni tel qu’il existe (localement) dans l’environnement d’une masse. Ces particules sont électrisées positivement ou négativement et s’ordonnent dynamiquement autour de l’électron par couches positives et négatives alternativement, écrantant ainsi le champ de la charge électrique à proximité de l’électron. Cela explique qu’aucune charge électrique ne peut s’approcher au point de toucher l’électron. Il y a toujours des couches de particules virtuelles entre deux particules « réelles ». Rappelons une fois de plus que les particules dites virtuelles sont tout aussi réelles que celles dites réelles mais sont situées à un autre niveau de réalité. Elles ne sont pas les seules puisqu’existent à un niveau encore inférieur le « virtuel de virtuel ». Ainsi deux particules virtuelles sont elles-mêmes entourées, à un niveau hiérarchique inférieur, de particules électrisées. Ces mondes ne sont pas seulement emboités. Les niveaux sont interactifs. Et même plus puisque chaque niveau émerge du niveau inférieur. Les particules « réelles » sont des structures portées par des particules virtuelles qui reçoivent un boson de Higgs. Lorsque la particule virtuelle devient porteuse de masse, elle construit autour d’elle un champ d’espace-temps, elle structure l’espace-temps désordonné du niveau virtuel.

Le nuage de polarisation tourne du fait du magnétisme par l’action du mouvement de l’électron. C’est ce que l’on appelle le spin de l’électron. Mais les couches positives et négatives ne tournent pas de la même manière, car l’électron est chargé négativement. Cela explique qu’il faille de tour pour revenir à la situation de départ, ce que l’on appelle un spin ½.

Le spin est lié à une rotation mais laquelle ? Il ne s’agit pas de celle du corpuscule, ni d’un moment de rotation mécanique. Cela ne permettrait pas la stabilité de la particule ou bien il s’agirait de vitesses supérieures à celle de la lumière. La meilleure preuve qu’il s’agit bien d’un phénomène virtuel du vide, qu’il implique des dipôles particule/antiparticule, est que ce moment angulaire a un coefficient de proportionnalité double de celui de la mécanique classique. Ce que l’on exprime par un spin ½ et pas 1 contrairement au photon.

Comment comprendre une rotation qui serait un mouvement mécanique qui serait quantifié ? Il ne peut s’agir à proprement parler d’un mouvement, pas plus que pour les autres types de sauts quantiques. Par exemple, quand la particule passe d’une couche à une autre sans passer par des étapes intermédiaires. Ces états discontinus ne peuvent être parcourus comme un simple mouvement. Il s’agit encore une fois du déplacement d’une propriété et non d’un objet. Le caractère extrêmement rapide du changement en atteste également. Un phénomène émergeant du vide et non un objet peut parfaitement se déplacer plus vite que la lumière, de manière quasi instantanée même.

La charge de l’électron est ponctuelle. Sa masse est ponctuelle. Pourtant, les expériences montrent également qu’elles ne sont jamais exactement au même endroit, d’où des propriétés de rotations internes de la structure électron. Cette différence provient du fait que le saut de l’électron ne produit pas la même réaction aux diverses échelles d’espace-temps. La masse bouge plus lentement que les bosons. Elle met plus de temps pour se déplacer. Elle va donc moins loin. Cela produit plusieurs mouvements différents. Le nuage de positions de la charge est beaucoup plus ample que celui de la masse : le rapport appelé « constante de structure fine » est le rapport d’échelle des différents mondes hiérarchiques emboîtés est donc aussi le rapport entre les temps ou les distances. C’est donc aussi le rapport entre les différents « rayons de l’électron ». Alors que la masse semble trembloter autour de positions, la charge s’étend sur toute une zone.

Le vide est agité et n’atteint jamais un équilibre malgré les interactions électromagnétiques entre particules et antiparticules car celles-ci apparaissent et disparaissent changeant sans cesse la configuration du vide. C’est cette agitation permanente qui explique que la matière à un niveau inférieur présente un caractère probabiliste et non prédictible. Le fait que la particule (cette propriété structurelle et non un objet) saute sans cesse d’une particule virtuelle à une autre donne aussi ce caractère flou à la description de la particule, ce caractère tremblé de la position de l’électron par exemple.

Revenons maintenant à notre point de départ : à l’interprétation de l’expérience des deux fentes de Young qui a perturbé tout le monde des physiciens à plus d’un titre mais d’abord du fait que les électrons qui passaient par l’une des deux fentes étaient captés par des écrans comme des corpuscules et que les positions où on les trouvait étaient réparties sur des bandes d’interférence, c’est-à-dire qui se comportaient en même temps comme des ondes qui interfèrent tantôt constructivement, tantôt destructivement… Et, pire, ces interférences avaient lieu même si les particules, par exemple des électrons, étaient émis un par un par la source. Ils reconstruisaient progressivement les franges d’interférence ! Comment un seul électron pouvait-il avoir interféré comme s’il était passé à la fois par les deux fentes ? Voyons si nous comprenons mieux cette étrangeté du phénomène. Un électron est émis par une source. Il est entouré dans son parcours dans le vide par son nuage de polarisation. Mais qui est-il ? Cela dépend des instants. Parfois il est une particule virtuelle et parfois une autre. Si les fentes sont suffisamment proches, le nuage de polarisation va passer par les deux fentes et retrouver la particule à la sortie des fentes. Il y aura ainsi interférence du nuage avec lui-même. La taille du nuage de polarisation est de l’ordre de celle de la longueur d’onde de la particule. Le nuage de polarisation interagit avec lui-même. Il forme des figures d’interférences qui sont des structurations de l’espace de probabilité de présence de l’électron. On peut dire que le nuage de polarisation « guide » l’électron (ou la particule). C’est ainsi que vont se constituer des bandes d’interférence.

Est-ce que cela permet de comprendre les diverses expériences fondées sur l’idée de Young et notamment la destruction des interférences si on éclaire une des fentes pour savoir si l’électron y est passé ? Eclairer une des fentes, c’est faire perdre sa phase à la partie du nuage de polarisation qui y passe. Conséquence les deux parties ne sont plus successivement en phase ou en opposition de phase suivant les différences de longueur de chemin des deux parcours. Ils ont seulement des phases différentes. Est-ce que cette interprétation du vide quantique permet de comprendre aussi les expériences du type Aspect où deux corpuscules émis en même temps semblent interagir instantanément à grande distance, où toute mesure sur l’un interagit sur l’autre semblant même violer la limite de la vitesse de la lumière. Ou encore, est-ce qu’elle permet d’interpréter des expériences du type effet tunnel comme l’effet Josephson dans lequel un saut de potentiel peut se faire quasi instantanément, violant apparemment là aussi la limite de la vitesse de la lumière.

L’essentiel dans cette question est de comprendre que le vide quantique est un autre monde que le monde des particules ou le monde macroscopique en termes d’espace et de temps.

Un phénomène qui se déroule à notre échelle macroscopique obéit à un temps qui subit une flèche, c’est-à-dire que le phénomène est généralement irréversible. Au niveau des particules, on constate au contraire une apparente réversibilité des phénomènes. Au niveau du vide, le temps est désordonné. Il apparaît par couples de quantités égales et opposées. Au total, le temps local apparaît comme inchangé : aucune flèche et même aucun temps.

Tout phénomène qui est fondé sur une interaction virtuel/virtuel peut parfaitement être instantanée car le temps ne s’écoule pas dans le vide. C’est le cas pour tout ce qui concerne le spin de l’électron (ou de la particule) puisqu’on a vu précedemment que le spin est entièrement fondé sur un mécanisme du vide quantique. D’une manière générale la phase d’une particule est un phénomène virtuel. Cela explique que des particules en phase ou en opposition de phase au départ, par exemple à l’émission ou après interaction, le restent même à distance (électrons corrélés, par exemple). Le vide quantique n’obéit pas à la localité (ni du temps, ni de l’espace).

L’espace-temps que l’on constate au niveau de la matière est produit par les masses. Il est fondé sur l’espace-temps local dû au nuage de polarisation. Les couples particule/antiparticule en s’organisant autour de la particule durable construisent cette structuration de l’espace-temps. La matière durable est bel et bien un processus d’auto-organisation de l’espace-temps. L’un des éléments de ce processus est le fait que les relations particule/antiparticule nécessitent un certain rapport entre espace et temps qui est appelé « la vitesse de la lumière » qu’il ne faut pas concevoir comme une vitesse cinématique mais comme un rapport seuil d’un phénomène. On a longtemps considéré que le mouvement était ce qu’il apparaît à notre échelle, c’est-à-dire un simple déplacement sans modification d’un même objet dans un espace avec lequel il ne rétroagit pas. C’est une approximation valable pour des objets macroscopiques car les changements à petites échelles sont négligeables dans ce cas et se compensent entre eux pour un objet à notre échelle (macroscopique). Il y a des cas où ce n’est pas vrai parce que le phénomène obéit à des effets quantiques qui sont visibles à grande échelle (par exemple superfluidité ou supraconductivité). Ce n’est plus vrai du tout pour la particule (niveau microscopique dit quantique). Il n’est plus question de déplacement de type cinématique avec, à chaque instant, une position et une vitesse. Et une continuité de l’évolution point par point des uns et des autres. En fait, avec la particule, il n’y a pas déplacement d’un même objet dans un espace qui n’interagit pas avec lui. Au contraire, l’espace construit sans cesse le phénomène qu’il s’agisse d’une « particule matérielle » ou de la « lumière ». On l’a déjà vu pour la particule qui saute d’une particule virtuelle à une autre et est entourée du nuage de polarisation constituée des particules et antiparticules virtuelles. La vitesse de la lumière, aussi, n’est pas une vitesse cinématique de déplacement. Le photon, lui aussi, est un phénomène fondé sur le vide quantique. C’est un couplage d’une particule et d’une antiparticule qui a reçu une énergie suffisante pour que le phénomène reste durable alors que les couples virtuels du vide disparaissent. Le photon est un phénomène périodique dans lequel le cycle consiste dans la transformation : couple virtuel donne photon, puis redonne couple virtuel. Ce phénomène n’est durable que s’il correspond à un certain rapport entre espace et temps. C’est cela qui est appelé « vitesse de la lumière ». La signification de ce rapport distance sur temps est qu’il faut une certaine quantité de vide autour pour effectuer la transformation du cycle entre virtuel et photon avec suffisamment d’énergie. Dans ce sens, la lumière est, comme la matière, une forme d’organisation du vide inorganisé (ou moins organisé), qui permet une transmission durable de l’énergie alors qu’à la base les couples virtuels ne sont pas durables. La différence avec la durabilité de la matière (des particules), c’est que l’énergie est utilisée pour séparer durablement la particule de son antiparticule à laquelle elle restait attachée dans le vide. Cela se réalise par le fait que la particule réelle s’apparie avec une antiparticule proche au sein de son nuage (et devient ainsi virtuelle) et libère ainsi une autre particule qui passe ainsi de virtuelle à réelle. Le dipôle a été cassé par l’apport d’énergie appelé boson de Higgs.

Les corpuscules réels, qu’il s’agisse de photons ou de particules de masse, ne sont justement pas des objets vraiment réels, des « choses ». Ce qui est durable, c’est une structure, un phénomène et ses caractéristiques. Ce n’est pas le même corpuscule qui se contenterait de se déplacer. Le déplacement provient du fait que la propriété (et non un objet) saute d’une particule virtuelle à une autre ou d’un couple virtuel à un autre. Le fait que le phénomène dit « réel » (matière et lumière durables) soit modifié à petite échelle par les interférences du vide explique l’essentiel des étrangetés de la physique quantique.

L’une des plus remarquables étrangetés quantiques est l’effet dit Aharonov-Bohm, dans lequel un champ électromagnétique agit sur un électron qui ne traverse pas ce champ. Cela est non seulement contradictoire avec la physique classique, ce qui est quasi général aux phénomènes quantiques, mais c’est aussi parfaitement étrange pour la physique quantique, comme l’a longuement exposé Mark Silverman dans « And yet it moves » (et pourtant elle bouge). Il s’agit d’un raffinement de l’expérience des deux fentes de Young dans laquelle on place à la sortie des fentes un solénoïde. Ce dernier produit un champ magnétique à l’intérieur du solénoïde mais pas à l’extérieur. Les franges d’interférences produites par les fentes sont alors déplacées en fonction du sens de rotation du champ magnétique. Normalement, ce champ ne devrait avoir aucune action sur les électrons qui passent à côté de lui. Cela signifie que les interférences sont le produit d’effets qui n’agissent pas directement sur le corpuscule lui-même mais sur l’espace vide qui l’entoure. C’est donc bel et bien une manifestation de l’interaction du vide quantique et de l’électron. Car le vide, lui, passe parfaitement à l’intérieur du solénoïde. L’interférence a bien lieu sur le vide qui entoure l’électron.

Les manifestations des effets du virtuel qui entoure la particule sont nombreuses. Le nuage de polarisation permet d’interpréter l’écrantage de la charge électrique de la particule qui évite notamment que l’interaction de l’électron et de son champ ne soit infinie. Il permet également de comprendre que la matière ne s’entasse pas. Par exemple, deux particules de charge opposée s’attirent mais ne s’écrasent jamais une sur l’autre car les couches successives de particules et d’antiparticules virtuelles l’en empêchent. Plus deux particules se rapprochent, plus elles se repoussent. C’est également une interprétation des relations d’inégalités d’Heisenberg. Plus on agit pour cantonner une particule dans un espace restreint plus l’énergie de sortie de la particule de cet espace augmente car les particules et antiparticules virtuelles exercent un effet inverse à l’action de cantonnement.

Tout le fonctionnement des particules, et particulièrement l’interaction matière/lumière, est piloté par les interactions avec le vide quantique. Matière et lumière ont en commun d’être des formes d’organisation du vide quantique. Ils échangent des particules et antiparticules virtuelles lors des absorptions et émissions de lumière par la matière. Les étrangetés quantiques des absorptions/émissions sont liées aux étranges propriétés du virtuel.

Parmi les phénomènes dits « réels » qui sont déterminés par l’interaction avec le vide, on peut citer :
– l’émission spontanée de lumière par la matière
– la polarisation du vide par la particule
– les structures fines des bandes d’énergie des atomes
– l’émission d’une paire électron/positon par un noyau

On remarquera que ce qui se conserve sans cesse dans le vide est également ce qui se conserve à toutes les échelles de la matière, globalement comme localement. Ce n’est ni la masse, ni l’énergie, ni l’espace, ni le temps. C’est la charge électrique qui en se manifeste que dans une seule quantité, soit positive soit négative et dans ses multiples. Or la charge est une caractéristique des particules et antiparticules virtuelles qui, dans le vide quantique, apparaissent et disparaissent toujours en même quantité de charge. Et, à tous les niveaux, la charge est fixe, indépendante y compris de la vitesse, ce qui n’est pas le cas des autres variables. Cela souligne son caractère fondamental.

On a longtemps cherché le fondement de la matière dans des constances de particules durables dites élémentaires. Il n’y est probablement pas. On le trouve plutôt dans le désordre du chaos du virtuel. Le monde que nous connaissons (matière, lumière, espace, temps, masses, énergie) n’est qu’un épiphénomène d’un monde invisible qui n’est pas directement perceptible : celui du virtuel. L’ordre du vide (ses dipôles de particule et antiparticule) est sans cesse construit et détruit de manière aléatoire, empêchant toute tendance vers un équilibre. Mis à part la charge électrique, la constance n’est pas une caractéristique du vide.

La matière n’est pas fondée sur des objets fondamentaux, dits élémentaires, mais sur l’émergence de phénomènes et de seuils de leur émergence (les fameuses constantes comme la « vitesse » c, la constante d’action h ou la « masse » des particules). Ce qu’on appelle généralement mouvement n’est autre que le mode de conservation du phénomène qui se fait par sa propagation (par sauts) dans le vide.

De là, découle l’importance de l’aléatoire en physique. Il n’est pas nécessaire d’examiner des expériences d’une grande complexité pour le constater. Les simples décharges de lumière dans un néon sont aléatoires, tout autant que l’instabilité d’un noyau atomique qui émet de la radioactivité, ou encore l’émission de lumière par une source thermique, par exemple une résistance électrique. L’instant d’émission est aléatoire. En physique quantique, l’émission ou l’absorption de lumière par la matière est également aléatoire. Tous ces phénomènes font appel à l’agitation du vide – l’apparition et la disparition de couples particule/antiparticule virtuels. Dès qu’il y a interaction concernant le virtuel, l’agitation est le fondement de l’ordre.

Comme on l’a dit, le seul phénomène « particule », électron par exemple ou encore photon, est un phénomène du domaine du chaos déterministe : une structure dissipative qui émerge du désordre et est sans cesse détruite et reconstruite dans des temps très brefs. Ce temps est inversement proportionnel à l’énergie fournie. Le rapport de proportionnalité est la constante de Planck h.

Le spin de la particule est un exemple de phénomène matériel fondé sur le vide quantique et dans lequel le vide intervient avec lui-même. Des propriétés du vide découlent les multiples étrangetés des phénomènes quantiques. On a déjà cité l’expérience des spins de deux particules corrélées, du type de l’expérience d’Aspect. C’est loin d’être le seul exemple. Comment une expérience sur une deux particules peut-elle se propager en influençant à distance une expérience sur l’autre, en violant la limite de la vitesse de la lumière ? Parce que le spin concerne le virtuel qui ne connaît pas la limite c, seuil émergeant de l’organisation au sein du vide mais qui n’est pas une limite du vide. Les particules et antiparticules qui disparaissent et apparaissent dans des temps très courts amènent un temps (à la fois positif et négatif) très changeant permettent des mouvements ultra-rapides à la fois vers le « futur » et le « passé »…

L’antiparticule correspond à un quanta de temps à rebours. La symétrie du vide entraîne un désordre chaotique. Le temps et l’espace du vide sont également désordonnés. C’est sur cet espace et ce temps désordonnés (ceux issu des dipôles virtuels) que se construit l’espace, le temps, la masse et l’énergie du phénomène « particule durable » de matière ou de lumière.

Pour le comprendre, il faut examiner les phénomènes qui concernent les couples virtuels, phénomènes liés à la charge électrique. Les couples subissent l’attraction électromagnétique. Ils se comportent aussi comme des dipôles : tournent, subissent une précession, produisent un champ. D’autre part, ils interagissent avec les autres dipôles de manière électromagnétique mais aussi d’une autre manière : en interchangeant leurs partenaires. Ce saut d’un dipôle à un autre permet aux dipôles d’échanger aussi des espaces. Le phénomène « photon » est fondé sur un tel échange. C’est le rythme du cycle d’accroche-décroche des couples qui détermine la fréquence du photon. Le phénomène est justement de l’auto-organisation des rythmes de construction/destruction des couples. C’est ce qui amène les couples fugitifs du virtuel à devenir un photon durable dont le cycle oscille entre une phase éloignée et une phase proche. Quand particule et antiparticule sont proches, le couple se comporte comme un seul objet de charge nulle, qui n’interagit plus électromagnétiquement avec les couples virtuels.

L’ensemble des cycles des états de la particule de matière sont décrits par les processus de Feynman de décomposition et recomposition de couples de particules et antiparticules virtuelles. Il ne s’agit pas de simples artifices de calcul mais du processus de la nature.

C’est également ce phénomène qui va permettre à une particule n’appartenant pas à un couple de produire un autre phénomène durable : la particule. C’est également la formation d’un cycle durable dont les éléments ne le sont pas. Il s’agit aussi d’une série de sauts d’un état à un autre. La particule libre s’associe à une antiparticule d’un dipôle proche et libère une autre particule et ainsi de suite… La « stabilité » d’une particule n’est qu’une apparence fondée sur ces cycles. Cette apparence est fondée sur le rapport des temps. Les temps de la matière sont beaucoup plus longs que le temps d’un cycle. Et c’est aussi pourquoi la particule est assimilable, pour toute expérience macroscopique, à une superposition d’états. Et c’est ce qui explique qu’une mesure, très rapide, ne mesure, elle, qu’un seul état. C’est l’une des énigmes quantiques appelée « réduction du paquet d’ondes » et qui posait le problème : comment ce qui se manifeste comme un phénomène étendu dans l’espace peut-il en un temps très bref se ramener à un phénomène corpusculaire. Le temps défini par la matière est conçu de la manière suivante : un fermion associé à une antiparticule du vide donne un quantum de temps. La « masse » de la particule provient du temps nécessaire au vide pour reconstruire sans cesse la structure « matière » (durable). Il en découle l’apparence de résistance au déplacement du phénomène. Pourquoi y aurait-il une résistance de la particule au mouvement – une masse -, s’il n’y a pas de vrai mouvement ? La propriété du phénomène de la masse durable se déplace réellement en passant d’une particule virtuelle à une autre. Elle ne se déplace pas instantanément mais elle le fait à la vitesse de la lumière. Ce n’est donc pas d’elle que vient la vitesse limitée de déplacement de la particule. Mais, pour exister, la particule doit casser une liaison particule/antiparticule virtuelle en se rapprochant d’une antiparticule. Cela met du temps. Et ce temps doit être comparé au temps précédemment cité : le déplacement de la propriété de masse d’une particule virtuelle à une autre. En effet, pourquoi l’effort serait-il de plus en plus grand lorsque la particule réelle se déplace à plus grande vitesse, comme le prévoit la relativité ? Pourquoi la masse serait-elle infinie à la « vitesse de la lumière » ? Parce que le temps de parcours du phénomène approche du temps de déplacement du phénomène, alors qu’ordinairement il est bien plus petit. Un temps court supposant une plus grande énergie, il faudrait une énergie infinie pour qu’une particule se déplace à vitesse proche de la vitesse de la lumière. Plus la matière contient d’énergie, c’est-à-dire de couples virtuels contenant plus de quanta de temps, plus elle se déplace lentement parce que le temps s’écoule plus vite.

Et les quanta du vide, ces particules et antiparticules virtuelles, comment se déplacent-elles ? S’agit-il d’un déplacement mécanique ou encore une fois de la conservation d’une structure par saut ? La dernière réponse semble encore une fois la bonne, fondée sur un nouvelle agitation, du domaine appelé le « virtuel de virtuel »…Inutile de demander si cela continue à l’infini, on l’ignore…

Que conclure d’un tel amoncellement d’idées contre-intuitives, sinon que la science n’est pas du domaine « je ne crois que ce que je vois », mais plutôt je raisonne sur ce que je vois et même je dois imaginer ce que je n’espère même pas voir.

Ensuite, on peut en conclure que la philosophie est au moins aussi importante que l’expérience.

Enfin, on peut trouver que la nature s’engage en termes philosophiques, mais il est loin d’être simple de déduire une philosophie de l’examen de la nature. C’est à l’homme de choisir une philosophie et, si ce choix est heureux, la nature n’ira pas jusqu’à rendre sa réflexion inutile. On ne peut pas en attendre davantage et c’est déjà beaucoup….

Et quelle conclusion philosophique, alors ? Le monde n’est pas construit une fois pour toutes, mais sans cesse reconstruit et détruit. Il ne l’est pas en fonction d’un plan préétabli prévoyant une structure finale, mais obéissant à des rétroactions (actions et réactions emboîtées et enchaînées). Mais, au lieu de s’annuler les rétroactions construisent une dynamique qui bâtit des structures dissipatives émergentes étonnamment imaginatives au point qu’elles ont fini par construire l’homme et sa conscience… Et nul ne sait de quels sauts l’être humain et social nous réserve encore… Mais, là, ce n’est pas l’atome ni l’électron qui peuvent nous répondre. La philosophie peut-être…